<<
>>

2.1. Разработка методики физического моделирования боковой струйной продувки в процессе Ромелт

В процессе Ромелт распределение частиц угля в ванне определяется характером циркуляции шлака. По пому при физическом моделировании продувки шлаковой ванны необходимо обеспечить подобие в геометрии распространения струй и интенсивности прохода в них жидкой фазь:.

В главе 1 (раздел 1.2.) на основании анализа современных подходов к физическому моделированию гидродинамики ванн металлургических процессов были отобраны две дополняющие друг друга методики, наиболее подходящие к задаче на-стоящею исследования. При этом обе методики нуждаются в определенной адаптации для получения возможности их использования при физическом моделировании т идродинамики ванны процесса Ромелт.

Применение методики Г. С. Сбортцикова позволяет определить величину диаметра боковых фурм на модели, но может обеспечить только подобие фурменных зон. Методика Д. Мазумдара позволяет рассчитать расход дутья на модели, необходимый для обеспечения подобия струйного барботажа расплава вне фурменных зон (термически расширенным газом), но оставляет открытым вопрос о величине диаметра фурмы на модели. Кроме того, допущения, принятые в этой методике, разработанной для моделирования донной, а не боковой продувки расплавов, становятся некорректными при переходе к условиям продувки в печи Ромелт. т.е. методика должна быть доработана

Рассмотрим, как методика Д. Мазумдара может быть использована применительно к физическому моделированию боковой проду вки в процессе Ромелт.

При боковой струйной продувке расплава термическое расширение газа происходит преимущественно на верхней границе зоны внедрения газа в жидкость [36], т.е. в «основании» барботажного сголба (в начале участка пузырькового шлейфа). На этом участке дутье увеличивает свой объем в 5-6 раз и быстро теряет горизонтальную составляющую первоначальною импульса. Поэтому траектория термически расширенной струи, в отличие от холодной струи, претерпевает выше юны внедрения га» в жидкость достаточно резкий излом.

Формирующийся на ном участке струн барботажнык столб, распространяется взерх практически вертикально [36J, аналогично тому, как это происходит при донной продувке. Поскольку при боковой продувке основное вовлечение жидкости в газожидкостную смесь происходит именно на участке барботажного столба, применение введенного Д. Мазумдаром

критерия Фру да ванны Frm (формула (19)) в качестве определяющего критерия динамического подобия при приближенном моделировании боковой продувки расплавов вполне оправданно.

Однако при выводе этого критерия, Д. Мазумдаром были сделаны допущения, учитывающие специфику условий донной продувки в агрегатах ковшевой металлургии. Учитывая, что для таких систем характерны невысокие величины газосодержаний вне фурменной зоны струи (2-10%), им было принято, что на модели и в образце значения газосодержаний в струе должны быть примерно равны. Также было принято, что высота слоя при таких условиях продувки практически равна высоте спокойной ванны.

В то же время, в процессе Ромелт величина среднего газосодержания в барбо- гажных столбах больше на порядок. Кроме того, компактный выход на поверхность ванны высокоскоростных i азожидкосiных потоков из барботажных столбов приводи! к значительному местному поднятию поверхности ванны.

Исходя из сказанного, необходимо выяснить, насколько допустимо использование критерия для моделирования продувки в процессе Ромелт.

Для лого рассмотрим формулу Д. Мазумдара (16) (раздел 1.2.), выражающую условие динамического подобия при струнной продувке расплава дутьем, претерпевшим термическое расширение: г 16)

vFhp

gHИз нее следует точное выражение кршерия Фруда:

zHtp Формально, данный безразмерный комплекс lie может бьпь критерием подобия, поскольку содержит величины (р и //. не заданные в условиях однозначности (поэтому Д. Мазумдар и исключил их из общего выражения). Однако, как показывает более внимательный анализ, безразмерный комплекс (25) 1акже может быть вы- ражен только через величины, содержащиеся в условиях однозначности Действительно, учтем, что (26)

Н -h

ф - -

Н 11ОДСТАНОВКА (26) В (16) ДАЕТ:
N4.

(27)

R(H -h)

g(H-h) Учтем также, что средняя высота поднятия ванны Лh- H-h в области выхода струи на ее поверхность может быть оценена следующим, часто используемым [21, 50], соотношением: VI 2f

(28)

H-h- Поставляя (28) в (27) получаем: 2

(29) -Ф

) ¦

VA.SlW \ Из (29) следует, что точное, без дополнительных допущений, определение числа Фруда: (30)

" Я* совпадает с полученным Д. Мазумдаром для частного случая малоинтенсивной продувки и содержит только величины, заданные в условиях однозначности, т.е. является критерием подобия. Таким образом, критерий Фруда Frm может быть использован в качестве определяющего и при моделировании режимов с интенсивной струйной продувкой, которые характерны для процесса Ромелт.

Заметим, что использование критерия Frm, позволяющего рассчитать неличину необходимого расхода дутья на модели, оставляет свободу' для выбора диаметра фурмы на модели (для условий струйной донной продувки роль d0 по отношению к параметрам циркуляции жидкости нивелируется (подробное обсуждение было дано в разделе 1.2.)). При боковой струйной продувке, как это реализовано в процессе Ромелт. величина do при неизменном расходе дутья (Qtfconst) определяет величину начального импульса газа вдоль оси фурмы и, соответственно, степень удаления барботажного столба от стенки, что, безусловно, влияет на параметры циркуляции

I.MU:».

жидкос ти. Поэтому при ооковой продувке выбор диаметра фурмы на модели "о не может быть произвольным, или соответствующим геометрическому масштабу модели, как это обычно практикуют.

В насюящей раооте расчет "о провели исходя из дополнительного треоо- вания приближенного подобия тон бокового ввода гата на модели и в образце, используя методику Г. С. Сборщнкова. Предлагаемый подход заключается в следующем.

Как было показано в главе 1, критерием подобия при боковой струйной продувке. соблюдение которого обеспечивает подобие фурменных зон модели и образца. является критерий Глинкова Gfl.

Использование данного критерия, не учитывающего термическое расширение газа в расплаве, при моделировании фурменной зоны допустимо, поскольку термическое расширение газа незначительно влияет на геометрию зоны бокового ввода газа в расплав [36, 37] (в отличие от его влияния на

циркуляцию жидкости). При ном расход дутья на модели Q" ' . входящий в условие Gn-idem, г. е.

~~ , . "" ~ , . (.'I)

следует рассчитывать по методике Д. Мазумдара из условия

F>i idem, (32)

выполнение которого обеспечивает подобие в циркуляции жидкости в системе (рас-чет О ^ ведется по формуле (23). полученной в разделе 1.2.):

,231

Таким обраюм. в предлагаемом подходе к моделированию продувки ванны печи Ромелт число Gn используется как дополнительный к Frn. критерий динамического подобия, что позволяет определить диаметр выходного отверстия на модели. Отметим, что часто применяемое геометрическое подобие диаметра фурм на образце и модели в нашем случае использовать невозможно, поскольку при значительном уменьшении модели начальная скорость дутья становится сверхзвуковой, а число Gn для продувки на модели почти на два порядка превышает это число у об- разца. Повторим, чю скорость ввода газа на модели в нашем подходе определяется величиной расхода Омк>. рассчитанною по (23) и диаметром сопла d'tч рассчитываемым из условия (31).

F Кг^,'

Величину "о определяем из 1.31) • условия равенства критерия On на модели и в образце. Подставляя 0,,Cl) из (23) в (31) полу чаем:

_ _ • >' • . Л л \

откуда, пренебрегая отличием гидростатическою давления слоя на модели от атмосферного, имеем: (.34)

г

рТРХР^, - p..g{h:l)Y Т„ .
ОТМЕТИМ, ЧТО БЛИЗКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ^(Г' - DT () • 6 (Н0 МЕНЕЕ ТОЧНАЯ, ПО
СРАВНЕНИЮ С (34)) БЫЛА ВПЕРВЫЕ РЕКОМЕНДОВАНА АВТОРАМИ |90].
ИТАК, ПРИ ПРИБЛИЖЕННОМ ФИЗИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ГИДРОДИНАМИКИ ШЛАКОВОЙ ВАННЫ ПЕЧИ РОМЕЛТ НЕОБХОДИМО СОБЛЮДЕНИЕ УСЛОВИИ:
Л'<
ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ПОДООИЯ: ~ (Л. - ЛИНЕЙНЫЕ ПАРАМЕФЫ ПЕЧИ И ШЛАКОВОМ
ВАННЫ, КРОМЕ ДИАМЕТРА ФУРМ, КОТОРЫЙ РАССЧИТЫВАЕТСЯ ПО ПРЕДЛОЖЕННОМУ ВЫШЕ СПОСОБУ; - БАЗОВЫЙ РАЗМЕР);
ДИНАМИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ: FR...-IDEM И GN-IDEOI.

К П ИМ КРИТЕРИЯМ. СОТ .ТАЕНО МЕТОДИКЕ Д. МАЗУМДАРА. МОЖЕТ БЬПЬ ДОБАВЛЕН КРИТЕРИЙ РЕЙНОЛЬДСА RE (ФОРМУЛА (20)). ЕСЛИ СЮ ВЕЛИЧИНА В УСЛОВИЯХ ПРОДУВКИ НА ПЕЧИ РОМЕЛТ ОКАЖЕТСЯ МЕНЕЕ 4* 105.
Р,
НА ОСНОВАНИИ АНАЛИЗА БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА ДАННЫХ [36], СИМПЛЕКС ~ ИСКЛЮЧИЛИ ИЗ ЧИСЛА ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ КРИТЕРИЕВ.
ПОСКОЛЬКУ В ЗАДАЧУ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕ ВХОДИЛО ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ И ДВИЖЕНИЯ КАПЕЛЬ И ПУЗЫРЕЙ, ИЗ РАССМОТРЕНИЯ ИСКЛЮЧИЛИ :РЕБОВАНИЕ СОБЛЮДЕНИЯ ПОДОБИЯ НО КРИТЕРИЮ ВЕБЕРА: IVE-IDEM.
ТАКЖЕ ИСКЛЮЧИЛИ ТРЕБОВАНИЕ СОБЛЮДЕНИЯ ПОДОБИЯ ПО КРИТЕРИЮ МАХА (\FA=IDEM), ПОСКОЛЬКУ НАЧАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ИСТЕЧЕНИЯ Г АЗА ИЗ ФУРМЫ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЗНАЧИТЕЛЬНО МЕНЬШЕ 0,8+# (ГДЕ А СКОРОСТЬ ЗВУКА В ГАЗЕ) И СЖИМАЕМОАЬЮ ГАЗА .МОЖНО ПРЕНЕБРЕЧЬ [91].
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОДУВКИ НА МОДЕЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫБРАННЫХ КРИТЕРИ- ЕВ ПОДОБИЯ ДАН В ГЛАВЕ
<< | >>
Источник: КОЛЕСНИКОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ШЛАКОУГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ И ОСОБЕННОСТЕЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ В НИХ ЖЕЛЕЗА С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ. 2006

Еще по теме 2.1. Разработка методики физического моделирования боковой струйной продувки в процессе Ромелт: